Разрушитель атома
В отличие от своих коллег, много работавших с теориями, Эрнест Лоуренс захотел увидеть энергию ядра в действии и потому делал «большую физику». Для этого он сконструировал самый мощный на тот момент ускоритель элементарных частиц — циклотрон.
На заре атомной эпохи фигура Эрнеста Лоуренса стояла особняком среди мировой элиты физики. Во-первых, он был американцем, тогда как подавляющее большинство ведущих физиков родились в Старом Свете, как тогда называли Европу.
У Лоуренса было характерно-крупномасштабное для Нового Света отношение к науке, и, чтобы понять, как устроен атом изнутри, он решил столкнуть с силой два ядра и посмотреть, что из этого получится. В 1929 году Лоуренс сконструировал первый в мире циклотрон — ускоритель, в котором заряженные частицы разгоняются по спирали до высоких скоростей, а затем попадают в мишень.
В то время уже существовали другие типы ускорителей частиц. Они представляли собой линейные ускорители, в которых пучок ионов прогонялся через несколько ускоряющих структур с высокочастотным электрическим полем (т.н. СВЧ-резонатор).
При этом каждый из СВЧ-резонаторов немного ускорял ионы — атомы, потерявшие или получившие электроны. Поскольку ионы имеют электрический заряд, их можно разгонять при помощи электромагнитного поля.
Ускоряющая спираль
В циклотроне Лоуренса, получившем грозное прозвище «разрушитель атомов», для ускорения ионов также используются электрические поля. Но в этом устройстве поток частиц закручивается, получая на каждом витке примерно одинаковый импульс от ускоряющей разности потенциала. В результате достигается еще большая скорость (и энергия) частиц. Циклотрон – это круг из двух D-образных полых электродов (т.н. «дуантов») с небольшим зазором между ними. К этому зазору прикладывается ускоряющий потенциал электрического поля, а вся структура окружена мощным электромагнитом. Перпендикулярное электрическому магнитное поле разворачивает поток ионов в полых электродах-дуантах, а порции ионизированного материала вбрасываются в центр системы, где получают начальный импульс электрического поля и оказываются в полости одного из электродов. Магнитное поле заставляет ионы идти по кругу, и получается непрерывное ускорение по спирали, причем моменты ускорения приходятся на переход через зазор между дуантами. Как только ионы ускоряются до значительных скоростей, диаметр их все расширяющихся траекторий достигает диаметра дуантов, и пучок ионов выводится из щели за пределы кольца. Теперь ионы на огромной скорости выводятся в боковую камеру, где и сталкиваются с мишенями.
Первая модель Лоуренса была лишь 10 см в диаметре, но и она разгоняла ионы до 1% от скорости света. Большие по размерам циклотроны позволяли достигать больших скоростей, и окончательная модель Лоуренса составляла в диаметре 467 см и выдавала энергию почти в 1000 больше.
Технеций
В 1935 году открыли элемент с атомным номером 43 и тут же его потеряли. Он оказался настолько радиоактивным и нестабильным, что едва сохранялся на Земле. В 1936 году два итальянских физика попросили Лоренса изучить использованные детали от старого циклотрона, и в них был обнаружен элемент 43! Ядра этого элемента были получены при столкновении ионов с атомами молибдена на циклотроне. Поскольку это был первый из синтезированных в лаборатории химических элементов, его назвали технецием.
